记一个有趣的编译优化选项
前言是师姐在测试coremark时，发现gcc和icx的性能比llvm的性能要好。查看汇编代码发现，gcc和icx能将coremark中的一个状态机代码优化为使用goto串联起来状态转换过程，从而不需要使用跳转表来执行跳转流程。然后交给我任务来调研llvm中是否有相关的优化。
coremark源代码
coremark中的代码位于https://github.com/eembc/coremark/blob/main/core_state.c，一个经典的for套switch的状态机实现。
经过笔者调研，这是一种优化算法，但是可以直接手写为优化后的结果，类似的实现见：https://dev.to/lexplt/implementing-computed-gotos-in-c-193p
该网站的示例代码：
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std::vector<uint8_t> bytecode = readBytecode();
std::size_t pos = 0;
uint8_t inst = bytecode[pos];
{
dispatch_op:
switch (inst)
{
case DO_THIS:
// ...
inst = bytecode[pos];
pos++;
goto dispatch_op;
case DO_THAT:
// ...
inst = bytecode[pos];
pos++;
goto dispatch_op;
// ...
}
终极优化后的代码为
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#define FETCH_INSTRUCTION() \
do { \
inst = bytecode[pos]; \
pos++; \
} while (false)
#if USE_COMPUTED_GOTO
# define DISPATCH_GOTO() goto opcodes[inst]
# define TARGET(op) TARGET_##op
#else
# define DISPATCH_GOTO() goto dispatch_op
# define TARGET(op) case op:
#end
#define DISPATCH() \
FETCH_INSTRUCTION(); \
DISPATCH_GOTO()
std::vector<uint8_t> bytecode = readBytecode();
std::size_t pos = 0;
uint8_t inst = bytecode[pos];
{
#if !USE_COMPUTED_GOTO
dispatch_op:
switch (inst)
#else
const std::array opcodes = {
&&TARGET_DO_THIS,
&&TARGET_DO_THAT,
&&TARGET_STOP_INTERPRETER
};
#end
{
TARGET(DO_THIS)
{
// ...
DISPATCH();
}
TARGET(DO_THAT)
{
// ...
DISPATCH();
}
TARGET(STOP_INTERPRETER)
{
goto label_end;
}
// ...
}
label_end:
do {} while (false);
}
这两个代码编译后的运行时间可以参见网站描述。
coremark代码相关优化结果示例代码，
优化选项
经过笔者的调研，这个有趣的优化已经在llvm中实现了，选项为-enable-dfa-jump-thread，相应的commit链接为https://github.com/llvm/llvm-project/commit/02077da，不过默认关闭。
经过笔者测试，在O2基础上关闭和打开这个选项，会带来一定的性能提升。
- 硬件设置 macOS m4处理器，16GB内存。
- clang版本 ` clang version 14.0.6` 。
使用不同选项下，测试coremark的iteractions/sec为
| -O2 | -O2 -mllvm -enable-dfa-jump-thread |
|---|---|
600000/12.211=49136.024 |
1100000/19.807=55,535.922 |
可见，能够获得比较明显的性能提升。
附
除此之外，笔者还学到一个新的语法，使用 && 运算符，获得一个label的地址，存储到一个数组中。然后goto 语句的目标地址使用索引来计算目标地址。见https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Labels-as-Values.html
